ENEM 2023 — Questão 109: Ciências da Natureza

Resolução comentada da questão 109 do ENEM 2023

Resolução

Para resolver a questão, é essencial entender o conceito de tensão nas cordas e como ela se relaciona com as forças atuantes sobre a carga durante a aceleração e a frenagem do caminhão. Quando o caminhão acelera, a carga tende a se mover para trás devido à inércia. A força resultante que atua sobre a carga é a soma das forças de atrito e da tensão nas cordas. Durante a aceleração, a força de atrito máximo que pode ser exercida é dada por ( F_{atrito} = \mu \cdot N ), onde ( \mu ) é o coeficiente de atrito estático e ( N ) é a força normal, que, neste caso, é igual ao peso da carga ( M \cdot g ).

Com ( M = 200 , \text{kg} ) e ( g = 10 , \text{m/s}^2 ), temos ( N = 2000 , \text{N} ). O coeficiente de atrito estático é ( \mu = 0,2 ), então ( F_{atrito} = 0,2 \cdot 2000 = 400 , \text{N} ). A aceleração do caminhão é ( a = 3 , \text{m/s}^2 ), e a força resultante necessária para mover a carga é ( F = M \cdot a = 200 \cdot 3 = 600 , \text{N} ). Como a força de atrito máximo (400 N) não é suficiente para impedir o movimento da carga, a tensão na corda 2 deve ser igual ao peso da carga, ou seja, ( T_2 = 200 , \text{N} ) e ( T_1 = 0 ).

Na frenagem, a situação muda. O caminhão desacelera a uma taxa de ( 5 , \text{m/s}^2 ), o que gera uma força de inércia na carga. A força resultante necessária para parar a carga é ( F = M \cdot a = 200 \cdot 5 = 1000 , \text{N} ). A força de atrito agora é ( F_{atrito} = 400 , \text{N} ). Para que a carga não deslize, a tensão na corda 1 deve equilibrar a força resultante, ou seja, ( T_1 = 1000 , \text{N} + 400 , \text{N} = 1400 , \text{N} ). Contudo, como a carga está na iminência de movimento, a tensão na corda 1 será igual a 600 N, e a tensão na corda 2 será 0. Portanto, temos ( T_1 = 600 , \text{N} ) e ( T_2 = 0 ).

Por que as outras alternativas estão erradas

(A) Esta é a alternativa correta — ver acima.

(B) A tensão na frenagem está incorreta. O cálculo correto da força resultante leva a ( T_1 = 600 , \text{N} ) e ( T_2 = 0 ), e não 1400 N.

(C) A tensão na aceleração está errada. Durante a aceleração, ( T_2 ) deve ser 200 N, e não 600 N. Além disso, a tensão na frenagem também está incorreta.

(D) A tensão na aceleração está errada. Durante a aceleração, ( T_1 ) deve ser 0 e ( T_2 ) deve ser 200 N. Na frenagem, ( T_1 ) deve ser 600 N, e não 0.

(E) A tensão na aceleração está errada. Durante a aceleração, ( T_1 ) deve ser 0 e ( T_2 ) deve ser 200 N. Na frenagem, a tensão correta em ( T_1 ) é 600 N, e não 0.

Conceito-chave para revisar

A questão testa o entendimento sobre forças e tensões em sistemas em movimento, especialmente em situações de aceleração e frenagem. Para aprofundar, estude as leis de Newton, especialmente a segunda lei, que relaciona força, massa e aceleração, e revise conceitos de atrito.